CSNS中子斬波器研制和應(yīng)用*

王 平 蔡偉亮 張 清 耿艷勝 張文翔王芳衛(wèi) 郭 娟 王閃閃 張 鴻 楊 博 周 良 蔡澤迎

（1.中國科學(xué)院高能物理研究所，北京 100049；2.散裂中子源科學(xué)中心，東莞 523803；3.中國科學(xué)院物理研究所，北京 100190；4.深圳大學(xué)物理與光電工程學(xué)院，深圳 518060）

20世紀(jì)40年代，中子散射技術(shù)開始應(yīng)用于固體物理研究。由于其具有時(shí)空尺度寬、穿透性強(qiáng)、核素和磁性靈敏、易實(shí)現(xiàn)動(dòng)力學(xué)測(cè)量、無損測(cè)量等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于凝聚態(tài)物質(zhì)研究等眾多學(xué)科領(lǐng)域，成為研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)和動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的重要工具之一［1］。

高通量的中子源包括反應(yīng)堆和散裂中子源［2］。對(duì)于中子散射來說，散裂中子源的脈沖特性使人們可方便地通過飛行時(shí)間技術(shù)去利用某一波段范圍內(nèi)的全部中子，而不像反應(yīng)堆通常只選取某一特定波長(zhǎng)的中子，因此其中子的使用效率提高了1～3個(gè)量級(jí)。2018年建成并投入運(yùn)行的中國散裂中子源是我國“十二五”期間重點(diǎn)建設(shè)的國家大科學(xué)裝置，其基本原理是通過大型加速器驅(qū)動(dòng)的高能質(zhì)子脈沖束流轟擊重金屬鎢靶，發(fā)生散裂反應(yīng)產(chǎn)生脈沖中子束流，再經(jīng)由慢化器慢化提供中子散射研究所需的熱中子和冷中子。CSNS的成功建設(shè)為國內(nèi)外科學(xué)家提供了一個(gè)基礎(chǔ)科學(xué)研究和新材料研發(fā)的大型研究平臺(tái)［3-5］。

CSNS規(guī)劃建設(shè)二十臺(tái)各具特色的中子散射譜儀［6-8］，目前已有四臺(tái)中子散射譜儀建成并投入使用。這些譜儀均采用飛行時(shí)間方法進(jìn)行測(cè)量，即中子在長(zhǎng)距離飛行過程中在時(shí)間上會(huì)展寬，從而可以區(qū)分和測(cè)量到達(dá)探測(cè)器上的中子能量。中子斬波器是從時(shí)間尺度上對(duì)束流進(jìn)行調(diào)控的中子光學(xué)器件，屬于中子散射譜儀不可缺少的關(guān)鍵設(shè)備。質(zhì)子打靶瞬間會(huì)產(chǎn)生大量的高能中子和伽馬射線，入射到樣品上將形成大量的背底。飛行時(shí)間測(cè)量技術(shù)要求每個(gè)測(cè)量周期內(nèi)測(cè)量到的不同能量中子的飛行時(shí)間展寬必須小于或等于測(cè)量周期，否則會(huì)產(chǎn)生波長(zhǎng)疊加，即上一個(gè)周期的慢中子可能會(huì)被探測(cè)器認(rèn)為是這個(gè)周期的快中子，造成測(cè)量誤差，不利于樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析；直接幾何非彈性散射實(shí)驗(yàn)要求入射束流為已知單一能量。這些都需要在中子譜儀束線上安裝中子斬波器對(duì)束流做調(diào)控才能實(shí)現(xiàn)。本文介紹了中子斬波器的工作原理、作用、自主研制必要性，闡述了中國散裂中子源中子斬波器的研制歷程和應(yīng)用情況，同時(shí)對(duì)發(fā)展前景進(jìn)行了展望，為我國大科學(xué)工程建設(shè)中關(guān)鍵設(shè)備自主研制提供參考。

1 概述

1.1 分類

中子斬波器是一種機(jī)械式斬波器，屬于旋轉(zhuǎn)機(jī)械類設(shè)備，又稱中子能量選擇器，出現(xiàn)于二十世紀(jì)三四十年代，最早用于中子誘發(fā)放射性同位素的研究。隨著中子散射技術(shù)的發(fā)展，被廣泛應(yīng)用于各類大型中子源設(shè)施。在飛行時(shí)間型中子散射譜儀中，斬波器可以從時(shí)間上裁剪束流，起到去除快中子和高能伽馬射線背底、選擇中子波長(zhǎng)范圍和單色化中子的作用（圖1）。根據(jù)中子斬波器的應(yīng)用特點(diǎn)，可將其分為帶寬限制斬波器、T0斬波器、脈沖斬波器、費(fèi)米斬波器等類型。

圖1 中子譜儀上的斬波器Fig.1 Choppers on a Neutron Spectrometer

T0斬波器的主要作用是阻擋質(zhì)子打靶瞬間產(chǎn)生的大量高能中子和伽馬射線，避免其入射到樣品上形成背底，實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲背底的清潔［12］。由于伽馬射線和快中子的高能量特性（keV到GeV量級(jí)）和瞬發(fā)特性（μs量級(jí)），T0斬波器需要很厚的中子阻擋材料（如沿束流方向300 mm的厚度）和極窄的阻擋時(shí)間窗?？熘凶釉诿總€(gè)束流脈沖周期的零時(shí)刻發(fā)出，故T0斬波器需要在定速轉(zhuǎn)動(dòng)（轉(zhuǎn)動(dòng)頻率一般等于脈沖源頻率）的基礎(chǔ)上，進(jìn)行同步相位控制，以保證快中子到達(dá)T0斬波器時(shí)，阻擋塊剛好轉(zhuǎn)到擋住快中子的位置。

脈沖斬波器和費(fèi)米斬波器均屬于高速斬波器，均能起到單色化中子的作用，是非彈性散射譜儀不可缺少的關(guān)鍵器件，直接影響譜儀性能，這是由于非彈性中子散射前后中子能量有變化，因此必須要求入射到樣品的中子束流為單一已知能量，這樣才能計(jì)算出在樣品上發(fā)生非彈性散射中子的飛行時(shí)間。脈沖斬波器與帶寬斬波器結(jié)構(gòu)類似，均為水平軸盤式斬波器，其轉(zhuǎn)盤開口寬度很窄，具有很高的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率（最高300 Hz），以實(shí)現(xiàn)快速切束，從而可以截取極窄時(shí)間窗的束流脈沖，通常用于中低能的非彈性散射譜儀［13-15］。費(fèi)米斬波器轉(zhuǎn)速極高（可達(dá)600 Hz），常用于高能非彈性散射譜儀，起到單色化束流的作用。其核心部件是中子吸收包。中子吸收包的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線垂直于束流方向，由數(shù)十片中子吸收片層疊而成，每?jī)蓪游掌g形成一個(gè)飛行狹縫，需要截取的單一波長(zhǎng)中子在狹縫中的飛行時(shí)間約等于狹縫掃過的時(shí)間。通過相位同步控制技術(shù)，使得所需單一波長(zhǎng)中子從慢化器飛行到達(dá)費(fèi)米斬波器時(shí)，中子吸收包剛好轉(zhuǎn)到狹縫正對(duì)著束流的位置，只有此波長(zhǎng)的中子才能夠通過狹縫，其他中子則被中子吸收包吸收，從而選擇出需要的單色中子［16-18］。

1.2 特點(diǎn)

這些中子斬波器雖然各不相同，但本質(zhì)上均是對(duì)束流進(jìn)行調(diào)制，以滿足中子譜儀不同的實(shí)驗(yàn)要求?？偟膩碚f，中子斬波器具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

1）時(shí)間尺度上的束流調(diào)控。無論哪種中子斬波器，都是利用束流時(shí)間展寬的特性，基于時(shí)間對(duì)束流進(jìn)行裁剪，以達(dá)到篩選指定中子波長(zhǎng)/能量的目的。

2）高精度的同步相位控制。中子斬波器需要穩(wěn)定并精確地跟隨定時(shí)信號(hào)，在每個(gè)脈沖周期均截取同一能量范圍的中子。

3）一定的中子抑制能力。對(duì)目標(biāo)波長(zhǎng)范圍外的中子盡可能進(jìn)行抑制，以實(shí)現(xiàn)良好的信噪比。

2 研制歷程

中國散裂中子源規(guī)劃建設(shè)的20臺(tái)中子散射譜儀約需要73臺(tái)中子斬波器，需求數(shù)量大且有定期運(yùn)行維護(hù)的需要，僅有國外少數(shù)公司或研究所能夠提供斬波器，不僅價(jià)格昂貴，也不便于運(yùn)行維護(hù)，容易受到國際貿(mào)易環(huán)境禁運(yùn)影響。為突破關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口卡脖子受制于人的局面，確保大科學(xué)工程建設(shè)成功，中子斬波器研制團(tuán)隊(duì)于2007年開始組建，目標(biāo)是從研制樣機(jī)著手，最終實(shí)現(xiàn)自主批量制造，既能降低設(shè)備工程造價(jià)，又能做到自主可控，便于自行運(yùn)行維護(hù)，提高運(yùn)行效率。

2.1 帶寬限制斬波器

CSNS工程立項(xiàng)前期首先開展了帶寬限制斬波器的國產(chǎn)化研制。2007年，為解決斬波器相位控制這一關(guān)鍵技術(shù)問題，研制了一套斬波器模型機(jī)及控制系統(tǒng)，采用交流伺服電機(jī)及驅(qū)動(dòng)器，通過運(yùn)動(dòng)控制卡編程方式，初步實(shí)現(xiàn)了外部T0信號(hào)和指定轉(zhuǎn)動(dòng)位置信號(hào)之間的同步，相位控制精度 ±0.22°（約為 ±25μs＠25 Hz），實(shí)現(xiàn)了斬波器相位控制的技術(shù)目標(biāo)，該技術(shù)可推廣應(yīng)用到所有類型的中子斬波器。2008年1月，中國散裂中子源二期預(yù)研項(xiàng)目“帶寬選擇轉(zhuǎn)子及控制系統(tǒng)”立項(xiàng)，歷時(shí)三年的預(yù)制研究攻克了包括高轉(zhuǎn)速工況下中子吸收涂層結(jié)合強(qiáng)度的可靠性、真空條件下的電機(jī)驅(qū)動(dòng)等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)難題，研制出了一臺(tái)中子帶寬限制斬波器樣機(jī)。2010年底召開該樣機(jī)的鑒定會(huì)，各項(xiàng)技術(shù)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，斬波器相位控制精度達(dá)到了國際水平（±0.081°，±9 μs＠25 Hz），預(yù)制研究取得成功［19，20］。CSNS一期工程三臺(tái)中子散射譜儀共需要7臺(tái)中子帶寬限制斬波器，批量制造工作從2013年開始，在第一代樣機(jī)已經(jīng)解決關(guān)鍵技術(shù)的基礎(chǔ)上，第二代帶寬斬波器又進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化改進(jìn)設(shè)計(jì)。該批帶寬斬波器采用了直驅(qū)式的軸系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，采用無框電機(jī)驅(qū)動(dòng)，最大限度地提高了斬波器的動(dòng)態(tài)特性。對(duì)于中子斬波器控制系統(tǒng)，在前期單臺(tái)斬波器控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造性地提出了單臺(tái)譜儀多個(gè)斬波器集中控制方案，即采用一個(gè)多軸運(yùn)動(dòng)控制器就可以控制多臺(tái)中子斬波器。2017年8月，中國散裂中子源一期中子斬波器系統(tǒng)安裝調(diào)試完成，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)合格，并于2017年底開始投入運(yùn)行，在各個(gè)中子譜儀上有效截取實(shí)驗(yàn)所需波段范圍的中子，并將長(zhǎng)波中子背底降低到了極低水平（10-6量級(jí)），為譜儀獲得較高分辨率的樣品實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)提供了有利條件，多年來運(yùn)行穩(wěn)定。2019年，隨著新一批中子散射譜儀的建設(shè)，第三代中子帶寬限制斬波器開始進(jìn)行研制，采用直驅(qū)軸系的結(jié)構(gòu)，不同的是使用了雙端軸承支承，以增加系統(tǒng)穩(wěn)定性，降低振動(dòng)（從1 mm/s＠25 Hz下降到0.1 mm/s＠25 Hz）；同時(shí)也采用了兩組背靠背結(jié)構(gòu)的高精度陶瓷球角接觸軸承，使得整個(gè)系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)精度大大提高。第三代中子帶寬斬波器共有19臺(tái)，目前已安裝到CSNS中子譜儀上，陸續(xù)投入使用。

信息系統(tǒng)開發(fā)常用的平臺(tái)包含java、net和php等語言，在搭建時(shí)可根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)框架選擇對(duì)應(yīng)的語言平臺(tái)。在該項(xiàng)目中,以.NET為開發(fā)平臺(tái)，以ASP.NET MVC5為開發(fā)框架。頁面開發(fā)結(jié)合HTML5,以達(dá)到頁面多移動(dòng)端自適應(yīng)的效果，可在不同終端使用。

2.2 T0斬波器

T0斬波器的研制工作始于2011年，第一臺(tái)T0斬波器為CSNS小角散射譜儀研制。這是國內(nèi)首臺(tái)T0斬波器，在借鑒國外T0斬波器的基礎(chǔ)上，采用調(diào)心球軸承和深溝球的組合設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)動(dòng)體（即T0阻擋塊）采用分體設(shè)計(jì)方案，即采用超硬鋁合金作為轉(zhuǎn)動(dòng)體骨架，邊緣嵌套因康鎳合金作為中子吸收材料。由于該斬波器設(shè)計(jì)運(yùn)行氛圍為氦氣環(huán)境，選用了30 kW的西門子大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了高精度的相位控制（±0.036°，±4 μs＠25 Hz）。該斬波器于2014年完成研制，2015年5月召開了鑒定會(huì)，技術(shù)指標(biāo)滿足CSNS譜儀使用要求，2017年底正式投入運(yùn)行。與中子帶寬斬波器一樣，2019年后隨著新譜儀的建設(shè)，CSNS第二代的T0斬波器也開始進(jìn)行研制。最新的T0斬波器將采用兩組背靠背的高精度陶瓷球角接觸軸承設(shè)計(jì)，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)著重優(yōu)化了軸承冷卻設(shè)計(jì)，并將轉(zhuǎn)動(dòng)體結(jié)構(gòu)改為一體件設(shè)計(jì)，以適應(yīng)越來越高的轉(zhuǎn)速需求；同時(shí)，腔體氛圍由氦氣改為真空，減小氣體阻力，電機(jī)額定功率下降4kW。目前，第二代的T0斬波器已陸續(xù)安裝到譜儀束線上，準(zhǔn)備投入使用。

2.3 脈沖斬波器和費(fèi)米斬波器

高速斬波器的研制工作從2018年開始。對(duì)脈沖斬波器，其工作轉(zhuǎn)速是普通低速中子斬波器25 Hz轉(zhuǎn)速的12倍，要求轉(zhuǎn)盤具有極高的切束線速度（660m/s，接近兩倍音速），目前制備的碳纖維轉(zhuǎn)盤測(cè)試轉(zhuǎn)速已達(dá)到225 Hz，下一步將繼續(xù)優(yōu)化設(shè)計(jì)，有望在2023年底研制成功。對(duì)費(fèi)米斬波器，其主要技術(shù)難點(diǎn)在于中子吸收包的制備和超高轉(zhuǎn)速的控制。目前基于機(jī)械軸承的費(fèi)米斬波器樣機(jī)已研制成功，攻克了包括10B-Al和Gd2O3-Al在內(nèi)的多種中子吸收包制備、精密軸系動(dòng)平衡等關(guān)鍵難題，最高測(cè)試轉(zhuǎn)速達(dá)到600 Hz，并實(shí)現(xiàn)高精度的相位控制（±0.15°，±0.7μs＠600 Hz）。2021年11月，該費(fèi)米斬波器樣機(jī)在CSNS測(cè)試束線上進(jìn)行束流測(cè)試，成功選出多支單能中子束，測(cè)試結(jié)果符合預(yù)期。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

中子斬波器的關(guān)鍵技術(shù)主要包括斬波技術(shù)方法學(xué)、精密軸系和機(jī)械振動(dòng)、高精度同步運(yùn)動(dòng)控制三個(gè)方面。CSNS已研制成功的各類斬波器主要技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 CSNS中子斬波器主要技術(shù)參數(shù)Tab.1 Main Technical Parameters of the Neutron Choppers at CSNS

在方法學(xué)方面，建立了基于飛行時(shí)間技術(shù)的斬波器技術(shù)方法學(xué)，發(fā)展了時(shí)間和空間兩個(gè)維度的斬波器系統(tǒng)物理計(jì)算方法，為中子譜儀物理設(shè)計(jì)提供了專業(yè)技術(shù)支持，提高了譜儀波段調(diào)控和信噪比性能。通過多物理譜儀斬波器系統(tǒng)時(shí)間-空間維度斬波過程（圖2），可以得到通過斬波器系統(tǒng)的中子束流在時(shí)間（波長(zhǎng)）和空間位置的分布情況。

圖2 多物理譜儀斬波器系統(tǒng)時(shí)間-空間維度斬波過程Fig.2 Time-Space Dimension Chopping Process Diagram of the Chopper System on Multipurpose Physics Neutron Diffractometer

在機(jī)械方面，中子斬波器采用了直驅(qū)型軸系設(shè)計(jì)（圖3），無聯(lián)軸器、皮帶、齒等傳動(dòng)環(huán)節(jié)，最大限度地提升系統(tǒng)傳動(dòng)剛性，可靠性高；采用P4級(jí)混合陶瓷自密封精密角接觸軸承，發(fā)熱小、耐磨、壽命長(zhǎng)；通過精密動(dòng)平衡、精密對(duì)中、精密控制轉(zhuǎn)動(dòng)軸系游隙，可降低機(jī)械振動(dòng)并延長(zhǎng)壽命。

圖3 直驅(qū)型斬波器軸系設(shè)計(jì)圖Fig.3 Design Drawing of the Shafting of Direct Drive Chopper

在同步控制方面，中子斬波器的指定機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)位置需要與從慢化器引出的脈沖中子束同步，實(shí)現(xiàn)微秒級(jí)別的相位控制精度，才能保證每個(gè)脈沖周期內(nèi)中子束流截取的統(tǒng)計(jì)一致性。由于負(fù)載/電機(jī)慣量比極大、動(dòng)態(tài)特性差，要求機(jī)械位置/速度跟上加速器定時(shí)觸發(fā)T0信號(hào)的上升沿/電氣頻率。具體技術(shù)方案為利用運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)中的測(cè)量輸入功能，以小于1微秒的響應(yīng)時(shí)間精確記錄T0信號(hào)到來時(shí)電機(jī)的當(dāng)前位置；在勻速運(yùn)動(dòng)基礎(chǔ)上疊加運(yùn)動(dòng)，對(duì)斬波器運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行調(diào)速，補(bǔ)償與目標(biāo)位置偏差；每個(gè)T0信號(hào)周期都進(jìn)行檢測(cè)和距離補(bǔ)償，從而形成閉環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期穩(wěn)定的高精度同步運(yùn)動(dòng)控制（圖4）。

圖4 斬波器相位控制原理Fig.4 The Phase Control Schematic of Chopper

3 應(yīng)用

3.1 運(yùn)行情況

CSNS已建成了小角散射譜儀、多功能反射譜儀、多物理譜儀、粉末衍射譜儀，共有4臺(tái)T0斬波器、10臺(tái)帶寬限制斬波器投入運(yùn)行。

在CSNS中子斬波器投入運(yùn)行的同時(shí)，建立斬波器機(jī)器數(shù)據(jù)系統(tǒng)，監(jiān)控記錄所有斬波器的運(yùn)行數(shù)據(jù)并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。機(jī)器數(shù)據(jù)系統(tǒng)是斬波器運(yùn)維檔案庫，建立了貫穿每臺(tái)斬波器全生命周期的健康檔案，把所有與設(shè)備狀態(tài)相關(guān)的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到平臺(tái)上進(jìn)行信息化管理。這有利于提高設(shè)備穩(wěn)定性和管理效率，降低在線故障率，并方便用戶靈活進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，降低運(yùn)維人力支出，實(shí)現(xiàn)智能化無人化設(shè)備管理。

截至2022年2月，CSNS中子斬波器已累計(jì)運(yùn)行超23萬小時(shí)，其中單臺(tái)斬波器運(yùn)行機(jī)時(shí)最小值為6228小時(shí)，最大值為22480小時(shí)，故障機(jī)時(shí)率小于0.1%。總體上看，CSNS中子斬波器運(yùn)行穩(wěn)定、故障率低，國產(chǎn)設(shè)備質(zhì)量得到驗(yàn)證。

3.2 束流測(cè)試

CSNS各臺(tái)中子斬波器在投入運(yùn)行后，都會(huì)進(jìn)行束流斬波測(cè)試，以驗(yàn)證設(shè)計(jì)。圖5為T0斬波器和帶寬斬波器的斬波效果圖。從束流測(cè)試結(jié)果看，T0斬波器在打靶零時(shí)刻阻擋高能中子和伽馬射線使其降低了2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，有效降低了實(shí)驗(yàn)本底；帶寬斬波器實(shí)際截取波長(zhǎng)帶寬與目標(biāo)帶寬的相對(duì)誤差在0.5%以內(nèi)，表明帶寬斬波器能夠準(zhǔn)確選擇出譜儀需求波段［21］。

圖5 CSNS中子斬波器斬波性能Fig.5 The Performance of the Neutron Choppers at CSNS

中子斬波器處于譜儀光路上，采用機(jī)械式斬波的方法，在調(diào)制束流的同時(shí)也受到中子輻射，尤其是T0斬波器，大量高能中子被T0斬波器阻擋塊所吸收或打散，會(huì)在T0斬波器處產(chǎn)生輻射劑量的累積，這就要求中子斬波器需要在輻射環(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行。T0斬波器在累積接收1000兆瓦時(shí)質(zhì)子功率時(shí)間后，測(cè)得的T0斬波器阻擋塊表面最大劑量為375μSv/h。未來隨著設(shè)備運(yùn)行時(shí)間的增加和CSNS質(zhì)子打靶功率的提升，T0斬波器的劑量水平會(huì)達(dá)到mSv/h水平。

3.3 CSNS斬波器數(shù)量規(guī)模

如圖6所示，CSNS規(guī)劃建設(shè)的20臺(tái)中子散射譜儀，平均每臺(tái)譜儀需要2～7臺(tái)中子斬波器，總計(jì)約73臺(tái)，已大批量應(yīng)用于散裂中子源一期工程（9臺(tái)），散裂中子源合作譜儀項(xiàng)目（27臺(tái)），即將應(yīng)用于散裂中子源二期工程（約37臺(tái)）。如圖7所示，截至2021年底，共有14臺(tái)中子斬波器投入運(yùn)行，未來2～3年內(nèi)，投入運(yùn)行的中子斬波器數(shù)量將逐年遞增，預(yù)計(jì)到2027年，CSNS中子斬波器將達(dá)到最大運(yùn)行數(shù)量，并進(jìn)入到全面運(yùn)行階段。

圖6 CSNS各譜儀斬波器數(shù)量分布Fig.6 Quantity Distribution of Chopper in Each Spectrometer at CSNS

圖7 CSNS中子斬波器運(yùn)行數(shù)量Fig.7 The Operating Quantity of the Neutron Choppers at CSNS

4 總結(jié)與展望

為突破關(guān)鍵設(shè)備依賴進(jìn)口卡脖子受制于人的局面，確保大科學(xué)工程建設(shè)成功，CSNS中子斬波器研制團(tuán)隊(duì)攻克了中子斬波器各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，成功研制了帶寬限制斬波器、T0斬波器和費(fèi)米斬波器，實(shí)現(xiàn)了國產(chǎn)化，擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，脈沖斬波器有望在2023年底研制成功。國產(chǎn)中子斬波器投入運(yùn)行后，工作穩(wěn)定可靠、故障率低、自主運(yùn)行維護(hù)效率高，為中子譜儀獲得高信噪比的數(shù)據(jù)發(fā)揮了重要作用。以中子斬波器為代表的大量工程設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行有力保障了大科學(xué)裝置的機(jī)時(shí)利用效率，從而有利于更多基于大科學(xué)裝置的科學(xué)成果產(chǎn)出。

CSNS中子斬波器的自主成功研制充分證明了大科學(xué)工程建設(shè)中關(guān)鍵設(shè)備自主研制戰(zhàn)略決策的正確性，為CSNS的順利建成提供了重要保障。在CSNS中子斬波器研制過程中成長(zhǎng)了一支物理、機(jī)械、控制多學(xué)科專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，掌握了大量關(guān)鍵技術(shù)，不僅在中國散裂中子源工程中得到了廣泛的應(yīng)用，還可以拓展推廣應(yīng)用到同步輻射光源（X射線斬波器）工程、高速旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備等領(lǐng)域，開創(chuàng)了我國斬波器技術(shù)領(lǐng)域的新格局。